Vad händer med reservkraften när lasten förändras snabbt?

Ett reservkraftaggregat kan vara dimensionerat för fastighetens totala effektbehov och ändå få problem när en stor last plötsligt kopplas in.

Anledningen är att ett generatoraggregat inte beter sig på samma sätt som det vanliga elnätet. När exempelvis en större motor, pump, kompressor eller kylmaskin startar kan belastningen öka mycket snabbt. Aggregatet måste då klara förändringen utan att spänning och frekvens sjunker så mycket att annan utrustning påverkas.

Det är därför inte bara den maximala effekten i kW eller kVA som avgör hur stort reservkraftaggregatet behöver vara. Minst lika viktigt är vilka laster som ska försörjas och hur de startar.

Elnätet och reservkraftaggregatet reagerar olika

Det vanliga distributionsnätet är, sett från en enskild fastighet, en mycket stark kraftkälla. När en motor startar och under några sekunder kräver betydligt högre ström än under normal drift påverkas nätspänningen vanligtvis relativt lite.

Ett reservkraftaggregat har däremot begränsad motoreffekt och generatorkapacitet. En snabb lastökning kan därför ge en tillfällig sänkning av både spänning och frekvens. Hur stor förändringen blir beror bland annat på aggregatets storlek, generatorns egenskaper och vilken typ av last som kopplas in.

Startströmmen kan vara betydligt högre än driftströmmen

Elmotorer är ett tydligt exempel. En direktstartad motor kan under starten dra omkring sex gånger sin normala märkström. Den höga strömmen kvarstår tills motorn har accelererat upp mot sitt normala varvtal.

En motor som endast kräver exempelvis 30 kW under normal drift kan därför ställa betydligt större krav på reservkraftaggregatet under själva starten.

Det är en av anledningarna till att man inte bör dimensionera reservkraft enbart genom att summera den normala effekten för de laster som ska försörjas.

Vad händer när belastningen ökar snabbt?

När en stor last kopplas in måste dieselmotorn snabbt leverera mer mekanisk effekt samtidigt som generatorn ska leverera den ökade elektriska strömmen.

Under den korta övergången kan man få:

• spänningsfall
• frekvensfall
• längre accelerationstid för motorer
• påverkan på annan ansluten utrustning
• frånkoppling av känslig elektronik eller skydd

Efter laststeget ska aggregatets regulatorer återföra spänning och frekvens till normala nivåer. Hur snabbt detta sker är en viktig del av aggregatets transienta prestanda.

Alla laster beter sig inte likadant

Två fastigheter med samma maximala effektbehov kan därför behöva olika stora reservkraftaggregat.

En fastighet där lasten huvudsakligen består av belysning och andra relativt stabila laster ställer andra krav än en anläggning med stora pumpar, fläktar, kompressorer eller kylmaskiner.

Även frekvensomriktare, UPS-system och annan kraftelektronik behöver tas med i bedömningen eftersom deras elektriska egenskaper skiljer sig från traditionella resistiva laster.

Det är därför belastningsprofilen som behöver analyseras, inte bara totalsumman i kW.

Sekvensstart kan minska behovet av ett större aggregat

Ett effektivt sätt att hantera stora startlaster är att inte starta all utrustning samtidigt.

Vid ett nätavbrott kan styrningen exempelvis först koppla in de mest kritiska lasterna och därefter starta pumpar, ventilation, kyla och andra större förbrukare stegvis.

Några sekunders mellanrum mellan laststegen kan ge reservkraftaggregatet tid att stabilisera spänning och frekvens innan nästa last kopplas in.

Frekvensomriktare och mjukstart kan hjälpa

En direktstartad motor innebär ofta ett kraftigt laststeg. Med mjukstartare eller frekvensomriktare kan startförloppet i många fall göras mindre belastande för generatorn.

Det betyder däremot inte att man automatiskt kan bortse från motorns startförlopp. Växelriktare och annan kraftelektronik har egna egenskaper som behöver beaktas vid dimensioneringen.

Det viktiga är därför att veta hur utrustningen faktiskt startas och beter sig, inte bara vilken motoreffekt som står på märkskylten.

Ett större aggregat är inte alltid den enda lösningen

Om en beräkning visar att en viss motor ger ett för stort laststeg finns flera möjliga åtgärder.

Aggregatet kan dimensioneras större, men man kan också förändra startsekvensen, prioritera vilka laster som verkligen behöver reservkraft eller använda en annan startmetod.

I vissa anläggningar kan en genomtänkt laststyrning därför vara ett bättre alternativ än att välja ett betydligt större reservkraftaggregat enbart för att hantera några sekunders startförlopp.

Dimensionering kräver kunskap om lasten

När vi dimensionerar reservkraft behöver vi därför veta mer än fastighetens huvudsäkring eller uppskattade maximala effekt.

Relevant information är bland annat vilka större laster som finns, deras effekt, startmetod, vilka laster som kan starta samtidigt och vilka system som är känsliga för variationer i spänning och frekvens.

Först när den informationen finns går det att bedöma hur reservkraftaggregatet kommer att reagera när belastningen förändras i verklig drift.

Det är också därför två verksamheter med samma effektbehov kan behöva helt olika reservkraftslösningar.

Kontakta SMIM om du behöver hjälp med dimensionering eller projektering av reservkraft.